核心提示：报告从p-GaN帽层增强型器件栅压摆幅受限的物理机制分析出发，结合新型栅极结构方案设计与实验验证，包括反向pn结帽层结构、极化掺杂p型帽层结构等，系统讨论栅极设计对器件可靠性及动态损耗的影响规律，总结出潜在的面向高可靠性、高能效应用的GaN HEMT增强型器件技术。
电能已逐渐成为21世纪最重要的能源载体，电能形式的转换无所不在，核心是功率电子器件.功率电子器件发展需求是高功率密度、高能效、高可靠性。
9月13-14日，“2021中国（南京）功率与射频半导体技术市场应用峰会（CASICON 2021）”在南京召开。本届峰会由半导体产业网、第三代半导体产业主办，并得到了南京大学、第三代半导体产业技术创新战略联盟的指导。
会上，南京大学副研究员徐尉宗带来了“面向高可靠性、高能效应用的GaN HEMT增强型器件技术”的主题报告，报告从p-GaN帽层增强型器件栅压摆幅受限的物理机制分析出发，结合新型栅极结构方案设计与实验验证，包括pn结帽层结构、极化掺杂p型帽层结构等，系统讨论栅极设计对器件可靠性及动态损耗的影响规律，总结出潜在的面向高可靠性、高能效应用的GaN HEMT增强型器件技术。
同时，报告系统分析了无体二极管的器件结构对GaN HEMT器件反向续流以及抗瞬态能量冲击能力的影响，并结合所在团队在GaN功率二极管方面的研究成果，总结介绍了具有高可靠、高能效优势的AlGaN/GaN基功率电子集成方案。
报告指出，有限的正栅压摆幅是限制p型帽层结构增强型GaN HEMT器件可靠性的重要因素；采用pn结帽层结构、以及基于渐变In组分InGaN材料实现的p型极化掺杂帽层结构可有效抑制器件在正向栅压下的栅极漏电流，并提升栅极正向击穿电压。高栅极耐压一方面可以提高器件的栅极可靠性，特别是面对高dv/dt开关条件下的栅压振荡或过冲；同时，也兼容更成熟、成本也更低的10-12V栅极驱动方案，可实现器件更高栅压的工作，不仅可以增加器件的工作电流，还可以获得更快的器件开启过程，实现器件动态开关损耗的降低。
另一方面，与功率MOSFET通过体二极管实现器件反向续流以及对瞬态能量的雪崩泄放不同，GaN HEMT器件中由于没有体二极管，虽然可以通过第三象限工作进行反向续流，但相应开启电压偏高，因此能耗较高；同时，AlGaN/GaN异质结器件并不具备雪崩击穿泄放能力，其在瞬态能量冲击下主要通过LC振荡实现能量耗散，但相应的振荡电流和非钳位电压会带来新的器件可靠性问题。针对上述关键问题，研究团队通过混合阳极结构的优化设计，实现了具有低开启电压和瞬态能量冲击下阻性泄放能力的AlGaN/GaN肖特基势垒二极管器件，通过与GaN E-HEMT源漏端的反向并联，可以在降低开关管反向导通损耗的同时，提高器件抗瞬态能量冲击的能力，有利于实现更可靠的AlGaN/GaN基功率器件及集成应用。
